UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA
ALINE DO VALE FIGUEIREDO
INFLUÊNCIA DE EVENTOS HIDROLÓGICOS EXTREMOS NA QUALIDADE DA ÁGUA DE RESERVATÓRIOS NA REGIÃO TROPICAL SEMIÁRIDA
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ALINE DO VALE FIGUEIREDO
INFLUÊNCIA DE EVENTOS HIDROLÓGICOS EXTREMOS NA QUALIDADE DA ÁGUA DE RESERVATÓRIOS NA REGIÃO TROPICAL SEMIÁRIDA
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Orientadora: Prof. Dra. Vanessa Becker
Co-orientador: Prof. Dr. Arthur Mattos
Natal – RN 2015
ALINE DO VALE FIGUEIREDO
INFLUÊNCIA DE EVENTOS HIDROLÓGICOS EXTREMOS NA QUALIDADE DA ÁGUA DE RESERVATÓRIOS NA REGIÃO TROPICAL SEMIÁRIDA
BANCA EXAMINADORA
______________________________________________________ Profa. Dra. Vanessa Becker – Orientadora
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
______________________________________________________ Prof. Dr. Arthur Mattos – Co-orientador
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
______________________________________________________ Prof. Dr. Eduardo von Sperling – Examinador Externo
Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG
______________________________________________________ Profa. Dra. Odete Rocha – Examinador Externo
Universidade Federal de São Carlos - UFSCAR
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Aos meus pais, Aldemir e Iraildes, que me ensinaram a batalhar pelos meus sonhos e a nunca perder as esperanças diante das dificuldades e desafios.
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Senhor Deus em primeiro lugar, por todo carinho, cuidado, providência e amor ao longo desta jornada. Inúmeros foram os desafios, mas em nenhum deles me encontrei sozinha. Dai graças ao Senhor, porque Ele é bom, eterna é
a sua misericórdia (Sl 117:1).
Aos meus pais, Aldemir e Iraildes, que sempre lutaram para que eu e meu irmão tivéssemos boas oportunidades de estudo e nos ensinaram a sermos pessoas honestas e perseverantes diante das dificuldades e desafios. As nossas conquistas sempre serão primeiramente de vocês.
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, à FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) e ao CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pelo financiamento da pesquisa através do projeto MEVEMUC (Monitoramento da Evaporação e Mudanças Climáticas no Rio Grande do Norte) e à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela concessão da bolsa de mestrado. À minha orientadora querida, Professora Dra. Vanessa Becker, que me acompanha desde a graduação e sabe orientar, dar conselhos, apoio, incentivo e atenção na medida certa. Obrigada por me acolher e me mostrar o universo acadêmico e científico com tanto amor e profissionalismo. Todos os seus ensinamentos me ajudaram a crescer pessoalmente e profissionalmente. Muito obrigada por tudo.
Ao meu Co-orientador, Professor Dr. Arthur Mattos, que me acolheu tão bem no início desta jornada, soube ser compreensivo em diversas situações e me apresentou o mundo dos grandes projetos. Agradeço também aos professores, Dr. André Luis Calado Araújo e Dra. Vera Lúcia de Moraes Huszar, pelos conselhos e contribuições na minha banca de qualificação.
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Vocês foram demais. Só desejo bênçãos na vida de cada um. Ao nosso motorista querido seu Assis, mais conhecido como “coleguinha”, que foi fundamental para as nossas atividades de campo se tornarem descontraídas e com boas gargalhadas.
Aos secretários do PPgES Pedro, Dacifran e Leonor (in memorian), aos técnicos Aline, Sandro e Nilton e o cuidado e limpeza da nossa querida Célia. Obrigada pelo suporte e atenção.
Aos meus amigos da graduação, mestrado e recentemente de profissão: David, Alana, Larynne e Marquinhos. O “dalma” foi fundamental no êxito das disciplinas, provas e trabalhos do mestrado. Espero tê-los sempre comigo, vocês são muitos especiais para mim.
Ao meu querido e especial namorado, Sidney. Muito obrigada pela dedicação, paciência, carinho, compreensão e incentivo durante toda esta jornada. Obrigada também por acompanhar cada passo da escrita e conclusão desse sonho que é ser mestre. Deus foi muito generoso comigo, pois me deu uma pessoa mais completa do que eu pedi. Essa realização também é sua. Eu te amo muito.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS. ... viii
LISTA DE TABELAS. ... ix
APRESENTAÇÃO... x
RESUMO. ... xi
ABSTRACT. ... xii
1. INTRODUÇÃO. ... 1
2. MATERIAL E MÉTODOS. ... 4
2.1. Área de Estudo. ... 4
2.2. Amostragem. ... 4
2.3. Análise das Amostras. ... 5
2.4. Análise dos Dados. ... 6
3. RESULTADOS. ... 7
4. DISCUSSÃO. ... 15
5. CONCLUSÕES. ... 17
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Localização dos mananciais estudados no semiárido do Rio Grande do Norte
na bacia do Rio Piranhas-Assú (Fonte: Costa et al., 2009).
Figura 2. Localização dos pontos de amostragem próximos às barragens (P1) nos reservatórios Gargalheiras e Cruzeta...5 Figura 3. Precipitações mensais acumuladas no período de junho/2010 a maio/2014, precipitações médias mensais no período compreendido entre 1963 e 2013 (Fonte: EMPARN). SPI12: azul – moderadamente úmido; verde – normal; amarelo - moderadamente seco; vermelho - severamente seco e roxo - extremamente seco (Fonte: INMET). A - Gargalheiras; B - Cruzeta...8 Figura 4. Variação do volume armazenado nos reservatórios durante o período de junho de 2010 a maio de 2014 em relação à capacidade máxima de acumulação. A - Gargalheiras; B – Cruzeta...9 Figura 5. Perfis verticais do reservatório Gargalheiras no ponto 1 (próximo à barragem) - A: Temperatura (°C); B: Oxigênio (mg L-1) - no período de junho de 2010 a maio de 2014...10 Figura 6. Perfis verticais do reservatório Cruzeta no ponto 1 (próximo à barragem) - A: Temperatura (°C); B: Oxigênio (mg L-1) - no período de junho de 2010 a maio de 2014...10 Figura 7. Regressão linear entre as variáveis PT, Chla, CE e Secchi com o Volume no
reservatório Gargalheiras. Variáveis: PT = fósforo total; Chla = Clorofila a; CE = condutividade elétrica; Secchi = transparência da água...12 Figura 8. Regressão linear entre as variáveis PT, FSR, CE e NO3- com o volume no reservatório Cruzeta. Variáveis: PT = fósforo total; FSR = fósforo solúvel reativo; CE = condutividade elétrica; NO3- = nitrato...13 Figura 9. Análise de Componentes Principais (ACP) de variáveis limnológicas no reservatório Gargalheiras, durante o período compreendido entre junho de 2010 a maio de 2014. Variáveis: Secchi = transparência da água; CE = condutividade elétrica; SO = sólidos suspensos orgânicos; PT = fósforo total; NO3- = nitrato; Chla = Clorofila
a...14
2014. Variáveis: Secchi = transparência da água; CE = condutividade elétrica; SI = sólidos suspensos inorgânicos; SO = sólidos suspensos orgânicos; PT = fósforo total; NO3- = nitrato; FSR = fósforo solúvel reativo; Chla = Clorofila a...15
LISTA DE TABELAS
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APRESENTAÇÃO
Este trabalho foi realizado na Universidade Federal do Rio Grande do Norte, no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária, sob a orientação da professora Dra. Vanessa Becker e co-orientação do professor Dr. Arthur Mattos. A pesquisa foi parte integrante do projeto “Monitoramento da Evaporação e Mudanças Climáticas no Rio Grande do Norte”, financiado pela FINEP/CNPq (processo n° 52009). O título deste trabalho é “Influência de eventos hidrológicos extremos na qualidade da água de reservatórios na região tropical semiárida” e está na forma de artigo científico contendo os seguintes itens: resumo, abstract, introdução, material e métodos, resultados, discussão, conclusões e referências.
RESUMO: Reservatórios são ecossistemas artificiais, intermediários entre rios e lagos,
apresentando características morfométricas e hidrológicas distintas que podem render muitos
benefícios importantes para a sociedade. Entretanto, a utilização dessa água para abastecimento
humano, dessedentação de animais, lazer, produção agrícola irrigada e desenvolvimento da
piscicultura, influenciam diretamente no aumento do aporte de nutrientes para os ambientes
aquáticos e, consequentemente, contribuem para a aceleração da eutrofização. Além disso,
modelos de mudanças climáticas globais estão prevendo a maior ocorrência de eventos
extremos como chuvas intensas e seca severa, que criará estresses hidrológicos em lagos. No
semiárido nordestino já se percebe a ocorrência desses eventos, a seca dos anos de 2012, 2013 e
2014 foi a pior seca dos últimos 60 anos, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA). Sendo
assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a qualidade da água de mananciais do
semiárido tropical, identificando padrões temporais em períodos com eventos hidrológicos
extremos (chuva intensa e seca prolongada). Os resultados do estudo mostraram que os
reservatórios Gargalheiras e Cruzeta apresentaram mudanças significativas nas variáveis
limnológicas entre os períodos de chuva e de seca severa, com melhora no aspecto visual e na
maioria das variáveis da qualidade da água no período chuvoso e maiores concentrações de
nutrientes e elevados valores de condutividade elétrica no período de seca severa, indicando
decaimento da sua qualidade. Entretanto, constataram-se comportamentos distintos entre os
reservatórios no período de seca severa. Enquanto Gargalheiras apresentou um comportamento
típico de reservatórios da região, com elevadas concentrações de biomassa algal, indicando o
agravamento da eutrofização, cruzeta demonstrou um colapso na biomassa total fitoplanctonica
evidenciado pela diminuição das concentrações de chla. Este fato se deu principalmente pela
baixa profundidade e proximidade com o sedimento ter facilitado a ressuspensão de sólidos
inorgânicos e, consequentemente, ocasionar a característica túrbida e limitação por luz na
coluna d’água. Além disso, os comportamentos distintos entre os reservatórios estudados
indicam que as respostas destes ambientes frente à problemática dos eventos extremos devem
levar em consideração fatores como o clima da região, tamanho e profundidade do reservatório,
além das características das suas bacias.
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ABSTRACT: Reservoirs are artificial ecosystems, intermediate between rivers and lakes, with
diferent morphological and hydrological characteristics that can provide many important
benefits to society. However, the use of this water for human consumption, watering livestock,
leisure, irrigated agricultural production and pisciculture development, directly influence the
increase loading of nutrients to aquatic environments and contribute to acceleration of
eutrophication. Furthermore, global climate models are predicting a higher occurrence of
extreme events such as floods and severe droughts, which will create hydrological stresses in
lakes. In the semiarid northeast we can see the occurrence of these events, the drought of the
years 2012, 2013 and 2014 was the worst drought in 60 years, according to the National Water
Agency (ANA). Thus, this study aimed to evaluate the quality of the semiarid tropical water
sources, identifying temporal patterns in periods with extreme hydrological events (floods and
severe droughts). The study results showed that Gargalheiras and Cruzeta reservoirs presented
significative changes in the limnological variables between rain and severe drought periods,
with better appearance and in the most of the water quality variables in the rainy season and
higher nutrientes concentrations and high electrical conductivity values in severe season,
indicating decay of its quality. However, we found diferent behaviors between the reservoirs in
severe drought. While Gargalheiras showed a typical behavior of the region, with high
concentrations of algal biomass, indicating the worsening eutrophication, Cruzeta demonstrated
a colapse in the total phytoplankton biomass, evidenced by the decrease in chla concentrations.
This fact occurred because the low depth and proximity with the sediment facilited the inorganic
solids resuspension and, consequently, resulted in turbid water column and light by limitation.
In addition, the different behaviors between the reservoirs indicate that the responses of these
environments problems such as extreme events must take into account factors such the region
climate, size, depth of the reservoir and the basin characteristics.
1. INTRODUÇÃO
Reservatórios são ecossistemas artificiais, intermediários entre rios e lagos, apresentando características morfométricas e hidrológicas distintas, com organizações verticais e horizontais diferentes variando de represamentos de grande escala a pequenos rios represados com um padrão sazonal e as flutuações do nível da água estreitamente relacionadas com a vazão do rio (Margalef, 1975; Meybeck et al., 1996). Esses sistemas promovem uma contínua e dinâmica ligação entre ecossistemas terrestres e aquáticos e por isso são sensíveis às alterações humanas na bacia de drenagem (Oliveira, 2012).
No Nordeste brasileiro, em especial na região semiárida, as secas de 1825, 1827 e 1830 marcaram o início da construção de reservatórios, comumente chamados de “açudes”, para garantir uma maior segurança hídrica na região (Rebouças, 1997). Sendo assim, foi vital para a ocupação e desenvolvimento de atividades econômicas, capaz de aumentar a resistência do homem à seca, através do suprimento de água para abastecimento humano, dessedentação de animais, lazer, produção agrícola irrigada e desenvolvimento da piscicultura (Bouvy et al., 1999; Freitas et al., 2011; Ortiz-Jimenez
et al., 2006; Cunha et al., 2011). Estes usos múltiplos, tão presentes no semiárido
nordestino, influenciam diretamente no aumento do carreamento de nutrientes para os ambientes aquáticos e, consequentemente, contribuem para a aceleração da eutrofização com consequente formação de florações de cianobactérias (Huszar et al., 2000; Bouvy
et al., 2000; Becker et al., 2009; Soares et al., 2008).
A eutrofização pode ser definida como o enriquecimento de um corpo d’água por nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, resultando no aumento da produtividade primária e biomassa algal, com consequente alteração da estrutura e função desses ecossistemas (Smith & Schindler, 2009; Silva, et al., 2011).
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O aumento da disponibilidade de nutrientes acarreta crescimento da comunidade fitoplanctônica e incidência de cianobactérias potencialmente tóxicas, causando processos de decomposição da matéria orgânica e depleção significativa do oxigênio dissolvido, podendo ocasionar a morte das comunidades aquáticas aeróbias e gerar a perda da qualidade cênica do ambiente (Carpenter et al., 1998; Paerl & Otten, 2013).
Algumas características das regiões semiáridas como a intermitência dos rios, a seca prolongada e as altas taxas de evaporação tendem a aumentar os níveis de nutrientes e o tempo de residência da água dos mananciais, favorecendo a condição eutrófica e a inviabilização do uso destes para as atividades humanas (Costa et al., 2009; Barbosa et al., 2012).
Os fatores climáticos e hidrológicos também desempenham papéis importantes nas alterações na entrada, saída, nível de água e tempo de residência dos reservatórios, afetando diretamente as características limnológicas (Naselli-Flores & Barone, 2005; Soares et al., 2012). Além disso, mudanças climáticas, globais ou locais, podem afetar a qualidade da água dos mananciais, principalmente no que diz repeito à dinâmica de nutrientes. Chuvas intensas de curta duração acarretam maior erosão do solo e distribuição dos nutrientes e, por isso, o esperado é um aumento na entrada de fósforo nos lagos via tributários, ainda mais em casos de bacias de drenagem com uso para agricultura e histórico de fertillizantes (Mooji et al., 2009; Moss et al., 2011). Já os eventos de seca prolongada causam queda nos níveis de água, concentrando os nutrientes ali existentes, condição favorável para o crescimento excessivo de cianobactérias (Moss et al., 2011).
Em anos recentes, eventos extremos (inundações, secas prolongadas) vêm sendo vivenciados com maior gravidade e o período entre eles parece ter se tornado mais curto em certas regiões (Mishra et al., 2010). Além disso, modelos de mudanças climáticas globais estão prevendo a sua maior frequência, o que criará estresses hidrológicos em lagos (IPCC, 2014). No semiárido nordestino já se percebe a ocorrência desses eventos, a seca dos anos de 2012, 2013 e 2014 foi a pior seca dos últimos 60 anos, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA).
As regiões semiáridas são caracterizadas por ter uma precipitação anual entre 400
e 800 milímetros com uma estação chuvosa que ocorre normalmente entre janeiro e
julho, mas apresentando variação espacial e temporal de amplitude (Barbosa et al.,
2012). O prolongado período seco anual, caracterizado tanto pela ausência e escassez
caracterizando a aridez sazonal (Vieira, 2002). Ainda para esta região, as altas temperaturas e baixa precipitação podem resultar em um aumento na eutrofização e salinização das águas superficiais e, como consequência, o aumento da ocorrência de florações de cianobactérias, que já é usualmente reportada (Huszar et al., 2000; Bouvy
et al., 2000; Brasil, 2011; Medeiros, 2013), tornando as águas impróprias para o
consumo e irrigação. Além disso, em alguns reservatórios, cianobactérias podem chegar a compor cerca de 90-100% da densidade fitoplanctônica total (Costa et al., 2006; Panosso et al., 2007; Costa et al., 2009), fato considerado consequência desta eutrofização artificial (Panosso et al., 2007).
Por se tratar de uma região voltada para atividades de agricultura e criação de gado onde grande parte da população sobrevive dessas atividades, a preocupação com a quantidade e a qualidade da água, principalmente no período de estiagem, afeta os moradores e gestores de uma forma geral. Esse tipo de poluição é caracterizado como poluição difusa, uma das principais causas de comprometimento da qualidade da água de ambientes aquáticos em diversos países, devido a sua difícil quantificação e constante variação ao longo do tempo (Carpenter et al., 1998).
As flutuações sazonais no nível d’água dos reservatórios estão associadas a mudanças nas características físicas, químicas e biológicas desses sistemas, podendo resultar em uma diminuição na qualidade da água em ecossistemas aquáticos durante períodos caracterizados por baixa precipitação e redução dos volumes armazenados (Arfi, 2003; Nõgoes et al., 2003). Embora diminua a carga externa de nutrientes devido a menores precipitações, a carga interna aumenta, há maior concentração de nutrientes em menos água, além da contribuição da ressuspensão mais frequente do sedimento (Jeppesen et al., 2015). Logo, o cuidado com os usos da água em toda a bacia, principalmente as atividades que fazem uso de nutrientes, também deve ser alvo de discussão, planejamento e tomada de decisões por parte dos gestores e moradores da região, principalmente com a presença cada vez mais frequente de eventos extremos como chuvas intensas e secas prolongadas.
Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a qualidade da água de mananciais do semiárido tropical, identificando padrões temporais em períodos com eventos hidrológicos extremos (chuva intensa e seca prolongada).
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A bacia hidrográfica do rio Piranhas-Açu, localizada nos estados da Paraíba e do Rio Grande do Norte, é de grande importância econômica para o estado do Rio Grande do Norte, ocupando uma superfície de 17.498,5 km², que corresponde a cerca de 32,8% do território estadual, contribuindo com 79,6% do total de água acumulada no estado. Dentre os reservatórios situados nessa bacia, estão Gargalheiras e Cruzeta (Figura 1), dois mananciais de abastecimento público e que serão objetos deste estudo (Tabela 1).
Figura 1. Localização dos mananciais estudados no semiárido do Rio Grande do Norte na bacia
do Rio Piranhas-Assú (Fonte: Costa et al., 2009).
Tabela 1. Características dos Reservatórios Gargalheiras e Cruzeta (Fonte: SEMARH, 2014).
Reservatório Gargalheiras Cruzeta
Coordenadas geográficas 06°25’30”S/ 36°36’09”W 06º24’42’’S / 36º47’23’’W
Ano de construção 1959 1929
Rio barrado Acauã São José
Cidades abastecidas (RN) Acari e Currais Novos Cruzeta
Área (ha) 805,67 748,79
Capacidade máxima de acumulação (m3)
44,4 milhões 35 milhões
Profundidade máxima (m) 26,5 14,5
Profundidade média (m) 5,5 4,7
As amostras foram coletadas mensalmente nos reservatórios Gargalheiras e Cruzeta no período de julho de 2010 a maio de 2014. As coletas foram realizadas sempre no ponto próximo à barragem (Figura 2). Este ponto é onde se encontra a captação de água para consumo humano e é o local mais profundo do reservatório, sendo possível a coleta de amostras no epilímnio e no hipolímnio.
Figura 2. Localização dos pontos de amostragem próximos às barragens (P1) nos reservatórios Gargalheiras e Cruzeta.
Os perfis verticais de pH, temperatura e oxigênio dissolvido foram medidos através da sonda multiparamétrica HIDROLAB DS5, a intervalos de 1 metro, da superfície ao fundo do reservatório. A transparência da água foi medida com o auxílio do disco de Secchi.
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2.3. Análise das amostras
Em laboratório foram feitas as análises de sólidos suspensos orgânicos e inorgânicos, nutrientes dissolvidos (fósforo solúvel reativo e nitrato), nutrientes totais (fósforo total) e clorofila a. Com a técnica de ignição em forno mufla a 550ºC (APHA, 2012) foi possível determinar as concentrações de sólidos orgânicos e inorgânicos. Através do método colorimétrico determinaram-se as concentrações de fósforo total (Valderrama, 1981) com as amostras não filtradas; fósforo solúvel reativo (Murphy & Rilley, 1962) e nitrato (Valderrama, 1981), com parte do volume das amostras filtrado em filtros de fibra de vidro (Ø 47 mm e 1,5 µm de porosidade) e clorofila a (Jepersen e Christoffersen, 1988).
2.4. Análise dos Dados
Os dados relativos às precipitações pluviais mensais e à série temporal da região foram fornecidos pela Empresa de Pesquisa Agropecuária do estado do Rio Grande do Norte (EMPARN). Com base nessas informações e no Índice de Precipitação Padronizada (SPI) (Mckee et al.,1993), fornecido pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), os meses foram divididos em dois períodos: período I como sendo de chuva intensa e período II como sendo de seca severa. Este índice é baseado na probabilidade de precipitação para diferentes escalas de tempo e avalia a severidade da seca. Para fluxos de rios e reservatórios, são utilizados os de maiores escala, pois se tornam úteis para o gerenciamento da seca e do uso da água (Anunciação et al., 2010). Sendo assim, foi utilizado o SPI12, escala de tempo de 12 meses, onde os valores SPI de severidade da seca indicados e os utilizados neste trabalho estão expostos na Tabela 2.
Tabela 2. Dados dos valores SPI12, valores médios e categoria da seca (Fonte: INMET).
Correspondência entre SPI12 e Categorias de Clima
Valores SPI12 Valor médio utilizado Categoria
> +2 2,25 Extremamente Úmido
+1,50 a +1,99 1,75 Severamente Úmido
+1,00 a +1,49 1,25 Moderadamente Úmido
-0,99 a +0,99 0 Normal
-1,50 a -1,99 -1,75 Severamente Seco
< -2,00 -2,25 Extremamente Seco
Os volumes armazenados e as suas variações nos reservatórios ao longo do período de estudo, foram fornecidos pela Secretaria de Estado do Meio Ambiente e dos Recursos Hídricos do Rio Grande do Norte (SEMARH).
Foram realizadas análises estatísticas descritivas e de regressão linear com o auxílio do programa Statistica® (Statsoft Inc. 1996) para avaliar quais variáveis limnológicas variaram significativamente com o volume. Foi realizada ainda a Análise de Componentes Principais (ACP), para cada reservatório, com os dados de volume, transparência da água, condutividade elétrica, sólidos orgânicos e inorgânicos, fósforo solúvel reativo, nitrato, fósforo total e clorofila a, utilizando o programa PC-ORD® v.6 (McCune e Mefford, 2011) a fim de verificar os gradientes temporais das variáveis limnológicas durante os períodos estudados.
3. RESULTADOS
Cenário Meteorológico e Hidrológico
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Figura 3. Precipitações mensais acumuladas no período de junho/2010 a maio/2014, precipitações médias mensais no período compreendido entre 1963 e 2013 (Fonte: EMPARN). SPI12: azul – moderadamente úmido; verde – normal; amarelo - moderadamente seco; vermelho - severamente seco e roxo - extremamente seco (Fonte: INMET). A - Gargalheiras; B - Cruzeta.
Os volumes armazenados dos reservatórios Gargalheiras e Cruzeta apresentaram variação durante o período analisado, com os volumes em torno de 60% de sua capacidade de acumulação no início do estudo. Com as chuvas acima da média histórica nos primeiros meses do ano de 2011, os mananciais atingiram 100% da capacidade e extravasaram. A partir deste período, com a seca prolongada, houve uma diminuição progressiva do armazenamento. Entretanto, a ocorrência de precipitações nos últimos meses do período estudado propiciou um aumento em torno de 20% do volume armazenado de Cruzeta (Figura 4).
Figura 4. Variação do volume armazenado nos reservatórios durante o período de junho de 2010 a maio de 2014 em relação à capacidade máxima de acumulação. A - Gargalheiras; B – Cruzeta.
Cenário Limnológico
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Figura 5. Perfis verticais do reservatório Gargalheiras no ponto 1 (próximo à barragem) - A: Temperatura (°C); B: Oxigênio (mg L-1) - no período de junho de 2010 a maio de 2014.
Figura 6. Perfis verticais do reservatório Cruzeta no ponto 1 (próximo à barragem) - A: Temperatura (°C); B: Oxigênio (mg L-1) - no período de junho de 2010 a maio de 2014.
no período de seca severa. O reservatório Cruzeta apresentou comportamento distinto, pois além da profundidade máxima e da transparência da água, as variáveis sólidos orgânicos e clorofila a também apresentaram maiores valores médios durante o período chuvoso. No período de seca severa, as variáveis condutividade elétrica, pH, sólidos inorgânicos, fósforo total, nitrato e fósforo solúvel reativo tiveram seus maiores valores médios (Tabela 3).
Tabela 3. Estatísticas descritivas (mínima, máxima e média) das variáveis limnológicas monitoradas nos reservatórios Gargalheiras e Cruzeta no ponto amostral próximo da barragem, durante os períodos I e II.
Parâmetro GARGALHEIRAS CRUZETA
Período I Período II Período I Período II
Zmax (m) 14,3 – 20,2 (17,9 ± 1,9)
7,0 – 19,5 (14,0 ± 3,0)
4,5 – 8,7 (6,7 ± 1,2)
0,3 – 5,7 (3,4 ± 1,4) Secchi (m) 0,35 – 2,10
(0,76 ± 0,41)
0,15 – 0,50 (0,28 ± 0,09)
0,20 – 1,00 (0,62 ± 0,21)
0,05 – 0,80 (0,47 ± 0,18) T (°C) 23,8 – 31,0
(27,4 ± 1,9)
24,6 – 33,7 (28,6 ± 2,3)
24,5 – 33,9 (28,1 ± 2,5)
24,9 – 33,4 (29,0 ± 2,4) OD (mg L-1) 6,79 – 16,87
(10,87 ± 2,97)
4,10 – 21,65 (11,17 ± 4,05)
4,17 – 17,52 (10,16 ± 3,64)
1,40 – 14,92 (7,33 ± 2,68) CE (µS cm-1) 340,0 – 927,0
(697,7 ± 150,4)
867,0 – 2070,0 (1190,0 ± 301,2)
289,0 – 1225,0 (683,5 ± 280,9)
210,0 – 1713,0 (966,1 ± 429,5)
pH 7,7 – 10,6
(8,8 ± 0,6)
6,7 – 10,3 (9,2 ± 0,7)
6,7 – 10,0 (8,3 ± 0,8)
7,7 – 10,3 (8,4 ± 0,6) SSI (mg L-1) 0,0 – 18,8
(3,2 ± 3,9)
0,0 – 13,5 (4,9 ± 4,0)
0,0 – 11,7 (4,6 ± 3,6)
0,4 – 29,5 (11,1 ± 8,1) SSO (mg L-1) 0,9 – 36,5
(11,9 ± 9,6)
6,0 – 43,6 (24,0 ± 9,6)
4,4 – 37,4 (12,9 ± 9,8)
0,9 – 14,0 (6,9 ± 3,8) PT (µg L-1) 21,67 – 147,83
(99,42 ± 30,16)
55,20 – 342,00 (212,17 ± 91,00)
37,23 – 194,15 (88,80 ± 52,29)
21,20– 517,00 (160,14 ± 133,02) NO3- (µg L-1)
42,00 – 104,46 (78,12 ± 17,73)
46,50 – 309,50 (133,42 ± 58,37)
24,50 – 132,59 (87,31 ± 29,98)
42,50 – 287,50 (136,59 ± 62,38) FSR (µg L-1) 0,00 – 104,33
(23,45 ± 28,40)
2,57 – 138,83 (27,63 ± 39,63)
0,00 – 67,42 (14,48 ± 17,49)
4,50 – 269,50 (94,28 ± 69,84) Chla (µg L-1) 5,82 – 162,11
(72,17 ± 48,17)
41,25 – 348,68 (186,78 ± 70,54)
5,86 – 162,73 (49,59 ± 41,05)
2,40 – 167,87 (24,14 ± 34,35) Variáveis: Zmax = profundidade máxima; Secchi = transparência da água; CE = condutividade elétrica; SSI = sólidos suspensos inorgânicos; SSO = sólidos suspensos orgânicos; PT = fósforo total; NO3
= nitrato; FSR = fósforo solúvel reativo; Chla = Clorofila a.
Os resultados das análises de regressão linear para o reservatório Gargalheiras mostraram que houve uma relação negativa do volume com o PT (P<0,001), Chla (P<0,001) e CE (P<0,001) e positiva com a transparência da água (P=0,001), destacando que o volume explicou 64% da variação do PT (R2=0,64) e 70% da variação
12
Figura 7. Regressão linear entre as variáveis PT, Chla, CE e Secchi com o Volume no reservatório Gargalheiras. Variáveis: PT = fósforo total; Chla = Clorofila a; CE = condutividade elétrica; Secchi = transparência da água.
Figura 8. Regressão linear entre as variáveis PT, FSR, CE e NO3- com o volume no reservatório Cruzeta. Variáveis: PT = fósforo total; FSR = fósforo solúvel reativo; CE = condutividade elétrica; NO3
= nitrato.
Análise de Ordenação
A análise de componentes principais (ACP) também mostrou comportamentos distintos, com as unidades amostrais segregadas entre os períodos chuvoso e de seca severa.
14
Figura 9. Análise de Componentes Principais (ACP) de variáveis limnológicas no reservatório Gargalheiras, durante o período compreendido entre junho de 2010 a maio de 2014. Variáveis: Secchi = transparência da água; CE = condutividade elétrica; SO = sólidos suspensos orgânicos; PT = fósforo total; NO3
= nitrato; Chla = Clorofila a.
Figura 10. Análise de Componentes Principais (ACP) de variáveis limnológicas no reservatório Cruzeta, durante o período compreendido entre junho de 2010 a maio de 2014. Variáveis: Secchi = transparência da água; CE = condutividade elétrica; SI = sólidos suspensos inorgânicos; SO = sólidos suspensos orgânicos; PT = fósforo total; NO3
= nitrato; FSR = fósforo solúvel reativo; Chla = Clorofila a.
4. DISCUSSÃO
Ambientes de águas interiores como lagos naturais e artificiais estão cada vez mais vulneráveis as ações dos eventos extremos (chuvas intensas, seca severa), pois as grandes variações nos níveis d’água acarretam modificações nas características físicas, químicas e biológicas dos sistemas (Jeppesen et al., 2015; Moss et al., 2011). Os resultados do presente estudo confirmaram este comportamento, onde os reservatórios Gargalheiras e Cruzeta apresentaram mudanças significativas nas variáveis limnológicas entre os períodos de chuva e de seca severa.
16
concentrações de nutrientes e elevados valores de condutividade elétrica. Esse período de escassez hídrica acarreta diminuição do nível d’água que, associado com altas temperaturas e alto tempo de residência da água, intensifica a acumulação e concentrações de nutrientes e aumenta os valores de condutividade e salinidade, levando a eutrofização e consequente degradação da qualidade da água (Barbosa et al., 2012, Beklioglu et al., 2007; Jeppesen et al., 2015).
Este comportamento também foi confirmado através dos perfis de temperatura e oxigênio dissolvido, onde Gargalheiras e Cruzeta apresentaram perfis mais homogêneos no período chuvoso, chegando a ter a coluna d’água toda misturada pela ação das fortes chuvas e estratificações térmicas e químicas na maioria dos meses secos, com o hipolímnio anóxico em Gargalheiras, evidenciando que no período de seca severa não houve precipitações suficientes para movimentar a coluna d’água e renovar as águas, conforme já reportado em estudos anteriores (Bezerra, 2011; Figueiredo et al., 2014).
Constata-se, entretanto, um comportamento de Cruzeta distinto do de Gargalheiras e atípico para a maioria dos reservatórios no semiárido, os quais, principalmente nos períodos de seca, apresentam elevadas concentrações de biomassa algal, indicativo de eutrofização acelerada com possíveis florações de cianobactérias (Eskinazi-Sant’Anna
et al., 2007; Attayde et al., 2007; Panosso et al.; 2007; Chellapa et al., 2009; Huszar et
al., 2000; Bouvy et al., 2000). As elevadas concentrações de sólidos inorgânicos
detectadas no reservatório no período de seca propiciou alta turbidez na coluna d’água, causadas pela ressuspensão do sedimento através da ação dos ventos e dos peixes, devido a pouca profundidade no período de seca severa, inibindo o crescimento do fitoplâncton e, consequentemente, as concentrações de chla (Jeppesen, et al., 2015), além da mudança da composição de grupos funcionais (Medeiros et al., 2015). Estudos recentes apontam que a diminuição drástica do volume dos reservatórios do semiárido pode favorecer a diminuição de cianobactérias e a sua substituição por diatomáceas e criptofíceas, espécies que se adaptam melhor em ambientes turvos e de pouca luz (Medeiros et al., 2015; Costa, 2014).
semiárido (Eskinazi-Sant’Anna et al., 2007). Para Cruzeta, as unidades amostrais do
período chuvoso ficaram ordenadas com o maior volume e as unidades do período seco ficaram segregadas com maiores valores de sólidos inorgânicos, fósforo solúvel reativo, fósforo total e nitrato, não obtendo relação com a biomassa algal, evidenciando a inibição do crescimento do fitoplâncton com a diminuição das concentrações de chla através da presença de sólidos inorgânicos na coluna d’água (Jeppesen, et al., 2015) e consequente aumento aumento na disponibilidade de FSR neste período.
Segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), a seca que o semiárido nordestino enfrentou nos anos de 2012 e 2013 foi a pior seca dos últimos 60 anos e a sua extensão para o ano de 2014 deixou a situação ainda mais grave. A diminuição drástica dos volumes, chegando a 12,42% em Gargalheiras e 0,77% em Cruzeta no início de 2014, foi um dos principais motivos das mudanças das variáveis limnológicas indicativas da qualidade da água dos mananciais , bem como de respostas inesperadas nas águas interiores do semiárido.
Com a ocorrência de eventos extremos (chuvas intensas e seca severa) as variações rápidas e drásticas dos volumes armazenados modificaram a maioria das variáveis de qualidade da água dos mananciais. As chuvas intensas e rápidas estão associadas com uma grande entrada de nutrientes e poluentes para o ambiente, no entanto, ficam distribuídas e há uma melhora da qualidade da água (Reich & Lake, 2014; Mooji et al., 2009). Já a seca severa está associada a perda e/ou diminuição da qualidade dos habitats aquáticos, principalmente pela concentração de nutrientes em menores volumes d’água (Reich & Lake, 2014; Moss et al., 2011), inviabilizando seu uso prioritário que é o abastecimento publico. Enfatiza-se ainda, a diferença de comportamentos entre os ambientes estudados com a ocorrência de seca severa, enquanto Gargalheiras apresentou um processo acelerado de eutrofização, Cruzeta evidenciou o colapso da biomassa total do fitoplâncton.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
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gerenciamento das bacias hidrográficas, desenvolvimento de tecnologias avançadas de monitoramento e gestão e maior participação de usuários e públicos em geral na gestão e no compartilhamento dos processos tecnológicos que irão melhorar e ampliar o banco de informações da região e dar maior sustentabilidade às ações (Tundisi, 2008).
6. CONCLUSÕES
1) Os eventos extremos, como chuvas intensas e seca severa, afetaram diretamente as variáveis limnológicas indicativas de qualidade da água dos reservatórios do semiárido estudados, com melhor transparência da água no período chuvoso e maior condutividade elétrica e concentração de nutrientes e sólidos no período seco.
2) Respostas inesperadas podem ocorrer em eventos de seca severa. Gargalheiras, manancial mais profundo, apresentou um agravamento na eutrofização com maior produtividade primária evidenciada pelas altas concentrações de chla neste período, enquanto Cruzeta, manancial mais raso, demonstrou um colapso na biomassa total fitoplanctônica evidenciado pela diminuição das concentrações de chla. Este fato se deu principalmente pela baixa profundidade e proximidade com o sedimento ter facilitado a ressuspensão de sólidos inorgânicos e, consequentemente, ocasionar a característica túrbida e limitação por luz na coluna d’água.
3) Os comportamentos distintos entre os reservatórios estudados indicam que as respostas destes ambientes frente à problemática dos eventos extremos devem levar em consideração fatores como o clima da região, tamanho e profundidade do reservatório, além das características das suas bacias.
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